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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-09
(45)【発行日】2024-02-20
(54)【発明の名称】光学加工装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/38 20140101AFI20240213BHJP
B23K 26/60 20140101ALI20240213BHJP
B23K 26/03 20060101ALI20240213BHJP
【ＦＩ】
B23K26/38 A
B23K26/60
B23K26/03
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020155057
(22)【出願日】2020-09-16
(65)【公開番号】P2022049044
(43)【公開日】2022-03-29
【審査請求日】2022-08-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】大野 博司
【審査官】山下 浩平
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２９１０２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／００２９２４０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第０４２３９５５５（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開平０８－３０９５７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２１７２１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４６８９４６７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークの第１の位置から前記ワークの反対側の面の第２の位置に、前記ワークの溶融温度よりも低い温度の熱を伝熱させるように、前記第１の位置に第１のビームを照射する、第１の光源と、前記第２の位置が前記伝熱により昇温した状態で、前記第２の位置に、前記ワークの溶融温度を超えるように第２のビームを照射する第２の光源と
を備え、
前記第１のビームの前記第１の光源に前記第２のビームが照射されることを防止するように、前記ワークの法線に対し前記第１のビームの光軸は異なる方向を持ち、前記第１のビームの光軸と前記第２のビームの光軸は異なる方向を持つ、光学加工装置。
【請求項2】
前記ワークの法線に対し前記第２のビームの光軸は異なる方向を持つ、請求項１に記載の光学加工装置。
【請求項3】
前記第１の光源からの前記第１のビームの照射、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１の光源からの前記第１の位置での前記第１のビームの照射による、前記第２の位置への前記伝熱に応じて、前記第２の光源から前記第２のビームを照射させる、請求項１又は請求項２に記載の光学加工装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記第１の光源からの前記第１のビームの照射タイミング、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射タイミングを制御し、前記制御部は、前記ワークの情報に基づいて、前記第１の光源からの前記第１のビームの照射タイミング、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射タイミングを調整する、請求項３に記載の光学加工装置。
【請求項5】
前記ワークの前記第２の位置から所定距離、離れた位置の表面温度を計測する温度モニター部を備え、前記制御部は、前記温度モニター部で計測した温度測定値に基づいて前記第２の光源からの前記第２のビームの照射強度を調整する、請求項３又は請求項４に記載の光学加工装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記第１のビームが照射される前記第１の位置、及び、前記第２のビームが照射される前記第２の位置を、前記第１の位置と前記第２の位置との位置関係を保つように制御する、請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学加工装置。
【請求項7】
前記第１のビームの前記第１の位置での第１のビームスポット径を、前記第２のビームの前記第２の位置での第２のビームスポット径に対して大きくする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光学加工装置。
【請求項8】
前記第１のビームの第１の波長は、前記第２のビームの第２の波長とは異なり、
前記第１の波長は、溶融前の前記ワークに対し、前記第２の波長に対する吸収率に比べ、吸収率が高くなるようにする、
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光学加工装置。
【請求項9】
前記第１の光源と前記ワークとの間に設けられ、前記第１の光源から射出された前記第１のビームの前記第１の位置でのビーム形状を、第１の軸方向及び前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向のうち、前記第１の軸方向の１軸方向に延びる直線状に発散させる第１の光学素子を有する、第１の集光部と、前記第２の光源と前記ワークとの間に設けられ、前記第２の光源から射出された前記第２のビームの前記第２の位置でのビーム形状を、前記第１の軸方向に平行な第３の軸方向と、前記第３の軸方向に直交する第４の軸方向とのうち、前記第３の軸方向の１軸方向に延びる直線状に発散させる第２の光学素子を有する、第２の集光部と
を備える、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学加工装置。
【請求項10】
前記第１の集光部は、前記第１の光学素子と前記ワークとの間に設けられ、前記第１の光学素子で発散させた前記第２の軸方向に発散する前記第１のビームを前記第１の軸方向に集光する第３の光学素子を有し、前記第２の集光部は、前記第２の光学素子と前記ワークとの間に設けられ、前記第２の光学素子で発散させた前記第４の軸方向に発散する前記第２のビームを前記第３の軸方向に集光する第４の光学素子を有する、請求項９に記載の光学加工装置。
【請求項11】
ワークの第１の位置から前記ワークの反対側の面の第２の位置に、前記ワークの溶融温度よりも低い温度の熱を伝熱させるように、前記第１の位置に第１のビームを照射する、第１の光源と、
前記第２の位置が前記伝熱により昇温した状態で、前記第２の位置に、前記ワークの溶融温度を超えるように第２のビームを照射する第２の光源と
を備え、
前記ワークの前記第１の位置の側に設けられ、ガスを射出又は吸入する第１のアシストガス口を備え、
前記ワークの前記第２の位置の側に設けられ、前記ガスを射出又は吸入する第２のアシストガス口を備え、
前記第１の光源の光軸を、前記ワークの前記第１の位置を含む面の法線に対して傾け、
前記第１のアシストガス口と、前記第２のアシストガス口とを、前記ワークを間に配置した状態で、対向させる、
光学加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、光学加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザー加工技術はワークに非接触であり、工具の摩耗の懸念がない。このため、様々な産業において、適用先が広がっている。レーザー加工技術は、レーザー加工時のワークに対する急峻な入熱に起因し、スパッタが発生して加工箇所を汚染することがあることが知られている。ワークに生じるスパッタを防ぐために、レーザー加工技術として、リング状のビームを用いる手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第１０３６９６６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、ワークの加工時にスパッタの発生を低減可能な光学加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、光学加工装置は、第１の光源と第２の光源とを備える。第１の光源は、ワークの第１の位置からワークの反対側の面に、ワークの溶融温度よりも低い温度の熱を伝熱させるように、第１の位置に第１のビームを照射する。第２の光源は、ワークの第１の位置とは反対側の面の第２の位置に、ワークの溶融温度を超えるように第２のビームを照射する。第１のビームの第１の光源に第２のビームが照射されることを防止するように、ワークの法線に対し第１のビームの光軸は異なる方向を持ち、第１のビームの光軸と第２のビームの光軸は異なる方向を持つ。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す模式図。
【図2】第１実施形態の変形例に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す模式図。
【図3】第２実施形態に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す模式図。
【図5】第２実施形態に係る光学加工装置を用いて固定されたワークを加工する際のフローチャート。
【図6】第２実施形態に係る光学加工装置を用いて移動するワークを加工する際のフローチャート。
【図7】第２実施形態の変形例に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す模式図。
【図8】第３実施形態に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す概略的な斜視図。
【図9】第３実施形態の変形例に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す概略的な斜視図。
【図10】第４実施形態に係る光学加工装置を用いてワークを加工している状態を示す概略的な斜視図。
【図11】第４実施形態に係る光学加工装置の第１の光源からのビームの発散状態を示す概略的な斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本実施形態に係る光学加工装置１０について、図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係，部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
【0009】
本実施形態の光学加工装置１０は、第１のビームＢ１を射出し、ワーク８に照射する第１の光源１２と、第２のビームＢ２を射出し、ワーク８に照射する第２の光源１４とを備える。光学加工装置１０は、さらに、制御部１６を有する。制御部１６は、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度、及び、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度を制御する。本実施形態に係る光学加工装置１０は、第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２を用いてワーク８に第２のビームＢ２のスポット形状の孔を形成する加工を行う。
【0010】
制御部１６は、例えばＣＰＵ等のプロセッサがＲＯＭ等のメモリに格納された制御プログラムをＲＡＭに展開して実行する。制御部１６の制御は、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ等）によっても実現可能である。
【0011】
ワーク８は、例えばステンレス合金、鉄、銅、真鍮、チタン合金、アルミニウム合金などの金属の板材である。ワーク８は金属材に限られず、非接触で加工可能な素材が用いられる。
【0012】
本実施形態では、説明の簡略化のため、ワーク８は平面の表面８ｂと平面の背面８ａとを持ち、それぞれの法線Ｎ１，Ｎ２が反対側を向くとする。すなわち、ワーク８の表面８ｂ及び背面８ａは平行である。表面８ｂと背面８ａとの距離を厚さとする。
【0013】
本実施形態では、第１の光源１２として例えばＹＡＧレーザー発振器を用いる。第１のビームＢ１は、ＹＡＧレーザー発振器からのレーザー光であるとし、例えば波長が１０６４ｎｍであるとする。ただし、これに限らず、第１のビームＢ１は電磁波ならば何でもよく、例えば、Ｘ線、深紫外線、紫外線、可視光、赤外線、近赤外線、遠赤外線、ミリ波、マイクロ波などでもよい。このため、第１のビームＢ１はレーザー光に限らず、例えば、高強度のＬＥＤからの光などでもよい。すなわち、第１の光源１２は、レーザー発振器に限らず、上述した高強度の光を出射可能な適宜の光源を用いることができる。
【0014】
第１の光源１２から射出される第１のビームＢ１は、スポット状のビーム形状でワーク８の背面８ａに照射される。第１のビームＢ１の照射位置は、ワーク８の背面８ａの第１の加工点（第１の位置）Ｐ１である。ここでは、第１のビームＢ１のビーム形状は、長軸を第１のビームＢ１の径とする楕円であるとする。ただし、これに限らず、第１のビームＢ１のビーム形状は、円や、複数の点、多角形、線など、どのような形状でもよい。第１のビームＢ１の径は、例えば３．０ｍｍとする。ただし、第１のビームＢ１の径は、これに限らず、適宜に設定可能である。
【0015】
本実施形態では、第２の光源１４として例えばＹＡＧレーザー発振器を用いる。第２のビームＢ２は、例えばＹＡＧレーザー発振器からのレーザー光であるとし、例えば波長が１０６４ｎｍであるとする。ただし、これに限らず、第２のビームＢ２は第１のビームＢ１と同様に、電磁波ならば何でもよい。このため、第２のビームＢ２は、レーザー光に限らず、例えば、高強度のＬＥＤからの光などでもよい。すなわち、第２の光源１４は、レーザー発振器に限らず、上述した高強度の光を出射可能な適宜の光源を用いることができる。
【0016】
第２の光源１４から射出される第２のビームＢ２は、スポット状のビーム形状でワーク８の第２の位置として表面８ｂｂに照射される。第２のビームＢ２の照射位置は、ワーク８の表面８ｂｂの第２の加工点（第２の位置）Ｐ２である。ここでは、ビームＢ２のビーム形状は、直径が第２のビームＢ２の径の円であるとする。ただし、これに限らず、第２のビームＢ２の形状は、円や、複数の点、多角形、線など、どのような形状でもよい。第２のビームＢ２の径は、例えば、０．５ｍｍとする。ただし、第２のビームＢ２の径は、これに限らず、適宜に設定可能である。
【0017】
本実施形態では、第１のビームＢ１の背面８ａでの第１のビームスポット径（ワーク８の背面８ａへの第１のビームＢ１の照射位置でのビームＢ１の径）は、第２のビームＢ２の表面８ｂでの第２のビームスポット径（ワーク８の表面８ｂへの第２のビームＢ２の照射位置でのビームＢ２の径）よりも大きい。
【0018】
なお、ワーク８の表面８ｂへの第１のビームＢ１の照射位置は、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２の軸上にあることが好適である。第１のビームＢ１の光軸Ｏ１は、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２に交差することが好適である。第１のビームＢ１の照射位置は、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２の軸上から僅かにずれていてもよい。
【0019】
以上の構成のもとで、光学加工装置１０の動作について説明する。
【0020】
ワーク８の素材、厚さ（伝熱距離）は、予めわかっている。このため、第１のビームＢ１がワーク８に照射した時点から、ある時間で、第１の加工点Ｐ１から第２の加工点Ｐ２に熱が伝熱される。第１の光源１２及び第２の光源１４には、予め、第１の光源１２から第１のビームＢ１の出力を開始した後、第２の光源１４から第２のビームＢ２の出力を開始するタイミングが設定されている。また、第１の光源１２には、第１の光源１２から第１のビームＢ１を射出し続ける時間も予め設定されている。第２の光源１４には、第２の光源１４から第２のビームＢ２を射出し続ける時間も予め設定されている。
【0021】
制御部１６は、第１の光源１２から第１のビームＢ１を射出し、図１に示すように、第１のビームＢ１をワーク８の背面８ａの第１の加工点（第１の位置）Ｐ１に対して斜入射（照射）する。ワーク８の背面８ａでの第１のビームＢ１のビーム形状は、楕円である。第１のビームＢ１の入射によって、ワーク８の背面８ａの第１の加工点Ｐ１が昇温する。ワーク８の第１の加工点Ｐ１への第１のビームＢ１の入射による熱は、第１の加工点Ｐ１からワーク８内の伝熱によって、第１の加工点Ｐ１から半楕円球状に３次元的に広がる。熱は、背面８ａから表面８ｂへと伝搬する。つまり、ワーク８は、第１のビームＢ１が加工点Ｐ１に入射されると、背面８ａから表面８ｂに向かって昇温される。なお、制御部１６は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の出力強度をワーク８の素材や厚さなどに基づいて制御し、ワーク８に実質的にダメージを与えないようにワーク８を昇温させる。このため、第１の光源１２からの第１のビームＢ１により、実質的にダメージを受けない程度にワーク８の第１の加工点Ｐ１の反対側の第２の加工点Ｐ２が昇温する。このときの第２の加工点Ｐ２の温度は、ワーク８の溶融温度よりも低くする。
【0022】
制御部１６は、第１の光源１２から第１のビームＢ１を射出し、第１のビームＢ１のワーク８の第１の加工点Ｐ１への入射による熱が、背面８ａから表面８ｂに伝搬（到達）する直前、同時、又は、直後のタイミングで、第２の光源１４から第２のビームＢ２を射出し、第２のビームＢ２をワーク８の表面８ｂに入射する。
【0023】
第２のビームＢ２は、ワーク８の表面８ｂに直交する状態に入射される。第２のビームＢ２が入射される位置、すなわち第２の加工点Ｐ２は、第１のビームＢ１が入射される位置、すなわち、第１の加工点Ｐ１の反対側である。
【0024】
第１のビームＢ１からの伝熱により、温度が上昇した第２の加工点Ｐ２は、第２の光源１４からの第２のビームＢ２によって、ワーク８の表面８ｂの第２の加工点Ｐ２がさらに昇温する。第２の加工点Ｐ２からワーク８内の伝熱によって、熱は表面８ｂから背面８ａへと半球状に広がり、表面８ｂから背面８ａに向かって伝搬する。つまり、ワーク８は、第２のビームＢ２が加工点Ｐ２に入射されると、表面８ｂから背面８ａに向かって昇温される。
【0025】
ここで、第１の光源１２からの第１のビームＢ１が照射されていない場合、第２の加工点Ｐ２は、ワーク８の溶融温度近くまで昇温していない。第１の光源１２からの第１のビームＢ１が照射されている場合、第２の加工点Ｐ２を所定の温度（ワーク８の溶融温度）に到達させるための、第２の光源１４からの第２のビームＢ２による入熱を低減することができる。つまり、第２の光源１４からの第２のビームＢ２による瞬間的な入熱量を減らすことができる。これにより、瞬間的な入熱によるワーク８の急激な熱膨張による力積を低減することができる。したがって、ワーク８の第２の加工点Ｐ２の近傍へのダメージ、変形を低減することができる。具体的には、第２の加工点Ｐ２を加工するとき、第１の加工点Ｐ１からの伝熱により第２の加工点Ｐ２をプレヒートし、ワーク８に熱応力が発生することを防止し、残留応力の発生を防止する。
【0026】
第１の光源１２から射出される第１のビームＢ１によって第２の加工点Ｐ２を予め昇温し、その後、第２の光源１４から射出される第２のビームＢ２により、第２の加工点Ｐ２を所望の温度（溶融温度を超える温度）まで上昇させる。第２の光源１４から射出される第２のビームＢ２のエネルギーは、第１のビームＢ１によって第２の加工点Ｐ２を昇温しない場合に比べ、予め昇温した場合のほうが小さく済む。つまり、第１の光源１２からの第１のビームＢ１によってワーク８の表面８ｂの第２の加工点Ｐ２が昇温されることにより、第２の光源１４からの第２のビームＢ２によりワーク８の表面８ｂの第２の加工点Ｐ２を所望の温度まで昇温させるために必要なエネルギーを小さくすることができる。このため、ワーク８を適切に加工するために必要な、第２の光源１４からの第２のビームＢ２による入熱量（エネルギー量）を低減できる。
【0027】
そして、本実施形態の例では、第１の光源１２から射出される第１のビームＢ１、及び、第２の光源１４から射出される第２のビームＢ２のエネルギー出力に応じて、第２のビームＢ２の径である０．５ｍｍの径の開口、又は、ワーク８の表面８ｂに対して凹む凹孔が形成される。なお、第２のビームＢ２がワーク８の表面８ｂから背面８ａを貫通し、開口が形成されたとき、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２上に第１の光源１２がない。このため、第１のビームＢ１の第１の光源１２に第２のビームＢ２が照射されることを防止する。
【0028】
本実施形態の光学加工装置１０では、第１の光源１２からの第１のビームＢ１により、ワーク８が溶融しない程度に加工位置を背面８ａ側から昇温させる。このとき、ワーク８の第１の加工点Ｐ１への第１のビームＢ１の照射によっては、ワーク８の第１の加工点Ｐ１及び第２の加工点Ｐ２は溶融温度に達しない。このため、第１のビームＢ１がワーク８の第１の加工点Ｐ１に照射されただけでは、ワーク８には、加工に伴うスパッタは生じない。そして、第１の光源１２からの第１のビームＢ１により、ワーク８が溶融しない程度に加工位置（第２の加工点Ｐ２）を背面８ａ側から昇温させた状態で、第２の光源１４からの第２のビームＢ２を照射して、ワーク８の第２の加工点Ｐ２を溶融温度以上にして加工する。
【0029】
ワーク８を加工する場合、ワーク８に対し、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射をしておくと、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射がない場合に比べて、第２の光源１４からの第２のビームＢ２による入熱を低減することができる。つまり、第２の光源１４からの第２のビームＢ２によるワーク８の表面８ｂへの瞬間的な入熱量を減らすことができる。これにより、ワーク８の第２の加工点Ｐ２に対し、瞬間的な入熱によるワーク８の急激な熱膨張による力積を低減することができる。したがって、光学加工装置１０は、ワーク８の加工時に、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるスパッタの発生を低減することができる。また、光学加工装置１０は、ワーク８の加工時に、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるドロスの発生を低減することができる。
【0030】
例えば、ワーク８の素材の一種として、アルミニウム合金は、高熱伝導率で、高反射率を有するため、光学加工を行うには難材とされている。本実施形態では、光学加工装置１０は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射により、第１の加工点Ｐ１から第２の加工点Ｐ２にかけての伝熱経路を溶融温度よりも低い温度に昇温させる。この状態で、光学加工装置１０は、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射により、第２の加工点Ｐ２を溶融温度以上にする。本実施形態では、第２の加工点Ｐ２への入熱量を、第２のビームＢ２のみで第２の加工点Ｐ２を加工しようとする場合に比べて低くすることができる。このため、光学加工装置１０は、ワーク８が高反射率である材料であっても、第２のビームＢ２の照射によるワーク８への入熱量を低減することができる。したがって、高熱伝導率で、高反射率を有する素材であっても、光学加工装置１０で加工することができる。また、このとき、光学加工装置１０は、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるスパッタの発生を低減することができる。また、光学加工装置１０は、ワーク８の加工時に、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるドロスの発生を低減することができる。
【0031】
なお、本実施形態では、第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２の波長を同じ波長として説明した。第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２の波長は、互いに異なっていてもよい。第１のビームＢ１の第１の波長と第２のビームＢ２の第２の波長とが異なる場合、第１のビームＢ１の第１の波長は、溶融前のワーク８に対し、第２のビームＢ２の第２の波長に対する吸収率に比べ、吸収率が高くなるようにすることが好適である。この場合、第１の波長は、第２の波長よりも短いことが好適である。
【0032】
上述した実施形態によれば、光学加工装置１０の第１の光源１２は、ワーク８の背面８ａの第１の加工点（第１の位置）Ｐ１からワーク８の反対側の表面８ｂに、ワーク８の溶融温度よりも低い温度の熱を伝熱させるように、第１の加工点（第１の位置）Ｐ１に第１のビームＢ１を照射する。光学加工装置１０の第２の光源１４は、ワーク８の第１の加工点（第１の位置）Ｐ１とは反対側の面の第２の加工点（第２の位置）Ｐ２に、ワーク８の溶融温度を超えるように第２のビームＢ２を照射する。
【0033】
また、制御部１６は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射、及び、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射を制御する。制御部１６は、第１の光源１２からの第１の加工点（第１の位置）Ｐ１で第１のビームＢ１の照射による、第２の加工点（第２の位置）Ｐ２及びその近傍への伝熱に応じて、第２の光源１４から第２のビームＢ２を照射する。
【0034】
制御部１６は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射タイミング、及び、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射タイミングを制御する。制御部１６は、ワーク８の情報（熱伝導率、厚さ（伝熱距離）等）に基づいて、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射タイミング、及び、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射タイミングを調整する。
【0035】
本実施形態によれば、ワーク８の加工時にスパッタの発生を低減可能な光学加工装置１０を提供することができる。
【0036】
（第１実施形態の変形例）
図２は、第１実施形態の光学加工装置１０の変形例を示す。
図２は、第１実施形態の光学加工装置１０の変形例を示す。
【0037】
図２に示すように、第１の光源１２とワーク８の背面８ａとの間には、反射ミラー２２及び集光レンズ２４が配設されている。第２の光源１４とワーク８の表面８ｂとの間には、反射ミラー２６及び集光レンズ２８が配設されている。
【0038】
第１のビームＢ１は、反射ミラー２２で折り返され、集光レンズ２４で適宜の第１のビームスポット径に集光されて、ワーク８の背面８ａの第１の加工点Ｐ１に照射される。第２のビームＢ２は、反射ミラー２６で折り返され、集光レンズ２４で適宜の第２のビームスポット径に集光されて、ワーク８の表面８ｂの第２の加工点Ｐ２に照射される。
【0039】
この場合、光学加工装置１０は、反射ミラー２２及び集光レンズ２４といった光学素子を用いて、第１のビームＢ１の光路を制御することができる。光学加工装置１０は、反射ミラー２６及び集光レンズ２８といった光学素子を用いて、第２のビームＢ２の光路を制御することができる。したがって、光学加工装置１０の第１の光源１２は、ワーク８の背面８ａに対向する位置でなくてもよく、第２の光源１４は、ワーク８の表面８ｂに対向する位置でなくてもよい。このため、光学加工装置１０は、第１の光源１２及び第２の光源１４を、所望の配置にすることができる。
【0040】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る光学加工装置１０について、図３から図６を参照して詳細に説明する。本実施形態は第１実施形態の変形例であり、第１実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材に同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
以下、第２実施形態に係る光学加工装置１０について、図３から図６を参照して詳細に説明する。本実施形態は第１実施形態の変形例であり、第１実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材に同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【0041】
図３には、第２実施形態の光学加工装置１０の模式図を示す。本実施形態の光学加工装置１０は、第１の光源１２と、第２の光源１４と、制御部１６と、温度モニター部３２，３４と、ワーク８を移動させるステージ３６とを備える。図３中に示すように、ＸＹＺ直交座標系を取る。
【0042】
ステージ３６は、ワーク８を移動させる移動部として用いられる。ステージ３６は、２方向（±Ｘ方向）のように一次元（直線）的に移動可能であってもよく、４方向（±Ｘ方向及び±Ｙ方向）のように二次元的に平面内を移動可能であってもよい。ここでは、説明の簡略化のため、ステージ３６が１方向に移動する場合について例示する。なお、ステージ３６は、ワーク８をＺ方向には動かさないことが好適である。
【0043】
制御部１６は、例えば図示しないモータ等のアクチュエータの制御により、ステージ３６の移動を制御可能である。制御部１６は、ステージ３６によりワーク８を適宜の速度で移動させながら、第１のビームＢ１が照射される第１の加工点（第１の位置）Ｐ１、及び、第２のビームＢ２が照射される第２の加工点（第２の位置）を、第１の加工点Ｐ１と第２の加工点Ｐ２との位置関係を保つように制御する。
【0044】
ワーク８は、ステージ３６により、例えば図３の紙面右方向（＋Ｘ方向）に走査される。あるいは、ワーク８は、図３の紙面右方向（＋Ｘ方向）でなく、紙面左方向（－Ｘ方向）に走査されてもよい。また、ワーク８が固定されていて、第１のビームＢ１と第２のビームＢ２が紙面左方向（－Ｘ軸方向）に走査されてもよい。いずれにしても、本実施形態の光学加工装置１０は、ワーク８と、第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２との、互いの相対位置が時系列変化可能に構成されている。
【0045】
本実施形態の温度モニター部３２は、ワーク８の背面８ａの、第１の加工点Ｐ１から所定距離Ｄ、離れた位置である第１の温度測定点Ｔ１の表面温度を測定する。温度モニター部３４は、ワーク８の表面８ｂの、第２の加工点Ｐ２から所定距離Ｄ、離れた位置である第２の温度測定点Ｔ２の表面温度を測定する。本実施形態では、第１の温度測定点Ｔ１は、第１の加工点Ｐ１から図３中の紙面左方向（－Ｘ方向）に距離Ｄの位置である。本実施形態では、第２の温度測定点Ｔ２は、第２の加工点Ｐ２から図３中の紙面左方向（－Ｘ方向）に距離Ｄの位置である。温度モニター部３２，３４は、温度を非接触で測定するサーモカメラ（赤外カメラ）を用いることが好ましい。
【0046】
温度モニター部３２，３４は、例えばステージ３６に支持されている。このため、温度モニター部３２，３４は、ワーク８が走査される方向に一緒に移動し、ワーク８の加工点Ｐ１，Ｐ２に対し、等距離Ｄの温度測定点Ｔ１，Ｔ２の温度を計測し続ける。
【0047】
第１のビームＢ１の第１の加工点Ｐ１でのビーム形状（スポット形状）は、例えば楕円であり、楕円の長軸の長さを第１のビームＢ１の径（第１のビームスポット径）とする。第１のビームＢ１の楕円の長軸は、走査方向に沿う方向とする。ただし、第１のビームＢ１のスポット形状及びスポット径は、この限りではなく、適宜に設定可能である。
【0048】
第２のビームＢ２の第２の加工点Ｐ２でのビーム形状（スポット形状）は、例えば円形である。第２の加工点Ｐ２での第２のビームＢ２のスポット径は、第２のビームＢ２がワーク８の表面８ｂに形成するスポットの代表的な寸法とする。例えば、第２のビームＢ２の照射によりワーク８の表面８ｂ上に形成される円の直径を、スポット径とする。ただし、第２のビームＢ２のスポット形状及びスポット径は、この限りではなく、適宜に設定可能である。
【0049】
第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２は、ワーク８を挟んで互いに反対側にあるとする。すなわち、ワーク８の表面８ｂへの第１のビームＢ１の照射位置は、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２の軸上にある。第１のビームＢ１の第１のビームスポット径は第２のビームＢ２の第２のビームスポット径に比べて大きいとする。
【0050】
なお、第１のビームＢ１の照射位置（第１の加工点Ｐ１）は、第１のビームＢ１の照射位置への照射により、第２の加工点Ｐ２を溶融温度よりも低い、設定可能な所望の温度以上に昇温することができれば、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２の軸上から僅かにずれていてもよい。
【0051】
本実施形態の光学加工装置１０の動作について説明する。
【0052】
まず、図５を参照しながら、ワーク８が固定、すなわち、ステージ３６が固定されている場合を例にして説明する。
【0053】
図３における、ワーク８の第１の温度測定点Ｔ１はワーク８の背面８ａにあり、第２の温度測定点Ｔ２はワーク８の表面８ｂにある。第１の温度測定点Ｔ１及び第２の温度測定点Ｔ２は、ワーク８の反対側の位置関係にある。図４には、温度モニター部３２，３４を用いてそれぞれの点Ｔ１，Ｔ２の温度を測定したときの、温度の時刻列変化を示す。
【0054】
なお、図４中の溶融温度は、実際に第１の加工点Ｐ１、第２の加工点Ｐ２でワーク８が溶融する温度ではなく、第１の加工点Ｐ１でワーク８が溶融する温度に達したとしたときの、ワーク８の熱伝導率及び距離Ｄ等から算出される推定温度である。
【0055】
ワーク８を加工するとき、制御部１６は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射を開始させる（ステップＳ１０１）。第１の加工点Ｐ１から第１の温度測定点Ｔ１までの伝熱距離により、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射開始から時間ｔ１で第１の温度測定点Ｔ１が昇温を開始する。第１の温度測定点Ｔ１の温度は、第１のビームＢ１による第１の加工点Ｐ１からの伝熱によってワーク８の溶融温度近くまで上昇する。第１の温度測定点Ｔ１の温度は、しばらくワーク８の溶融温度を超えないが、その近傍の温度を保つ。
【0056】
第２の温度測定点Ｔ２の温度は、第１のビームＢ１による第１の加工点Ｐ１からの伝熱によって、第１の温度測定点Ｔ１の温度よりも遅れて、徐々に昇温する。
【0057】
制御部１６は、第１の温度測定点Ｔ１の温度が所定時間、所定範囲内の温度を維持しているか否か判断する（ステップＳ１０２）。
【0058】
なお、第１の温度測定点Ｔ１の温度が所定時間、所定範囲内の温度を維持していない場合（ステップＳ１０２－Ｎｏ）、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度が適正か否か判断する（ステップＳ１０３）。強度が適正でなく、強度調整が必要である場合（ステップＳ１０３－Ｙｅｓ）、制御部１６は、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度を調整する（ステップＳ１０４）。強度が適正で、強度調整が不要である場合（ステップＳ１０３－Ｎｏ）、制御部１６は、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度を維持する。
【0059】
制御部１６は、第１の温度測定点Ｔ１の温度が所定時間、所定の温度範囲に維持されていること（ステップＳ１０２－Ｙｅｓ）をトリガーとし、時間ｔ２において、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射を停止するとともに、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射を開始する（ステップＳ１０５）。第１の温度測定点Ｔ１の温度は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射の停止の直後から下降する。
【0060】
適宜の強度の第２のビームＢ２の照射による第２の加工点Ｐ２への入熱により、第２の温度測定点Ｔ２の温度は、溶融温度を超えて上昇する。制御部１６は、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えていないと判断した場合（ステップＳ１０６－Ｎｏ）、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度が適正か否か判断する（ステップＳ１０７）。強度調整が必要で、適正でない場合（ステップＳ１０７－Ｙｅｓ）、制御部１６は、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度を調整する（ステップＳ１０８）。強度調整が不要で、適正である場合（ステップＳ１０７－Ｎｏ）、制御部１６は、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度を維持する。
【0061】
制御部１６は、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えたと判断した（ステップＳ１０６－Ｙｅｓ）ら、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射を停止する（ステップＳ１０９）。
【0062】
このため、第２の温度測定点Ｔ２の温度は、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射の停止に伴って下降する。
【0063】
この場合、ワーク８には、第２のビームＢ２の径である０．５ｍｍの径の開口が形成される。そして、第２のビームＢ２がワーク８の表面８ｂから背面８ａを貫通したとき、第１のビームＢ１の第１の光源１２に第２のビームＢ２が照射されることを防止する。
【0064】
次に、図６を参照しながら、ワーク８がステージ３６により、図３中の紙面右方向（＋Ｘ方向）に走査され、直線状の孔を形成する場合、又は、ワーク８を切断する場合を例にして説明する。ここでは、ワーク８の適宜の位置から所定の長さの直線状の孔を形成する場合を例にする。ここでは、光学加工装置１０の制御部１６の制御の一例を説明する。
【0065】
なお、温度モニター部３２，３４は、ステージ３６によるワーク８の移動に伴って、ワーク８の加工点Ｐ１，Ｐ２に対し、等距離Ｄの温度測定点Ｔ１，Ｔ２の温度を計測し続ける。すなわち、ワーク８に対する温度測定点Ｔ１，Ｔ２は、相対的に変化する。
【0066】
ステージ３６の移動によるワーク８の移動距離は予め設定されている。
【0067】
ワーク８を加工するとき、制御部１６は、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射を開始させる（ステップＳ２０１）。なお、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１からステップＳ２０４の処理は、図５に示すフローチャートのステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理と同じである。
【0068】
第２の温度測定点Ｔ２の温度は、第１のビームＢ１による第１の加工点Ｐ１からの伝熱によって、第１の温度測定点Ｔ１の温度よりも遅れて、徐々に昇温する。
【0069】
制御部１６は、第１の温度測定点Ｔ１の温度が所定時間、所定の温度範囲に維持されていること（ステップＳ２０２－Ｙｅｓ）をトリガーとし、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射を開始する（ステップＳ２０５）。ここでは、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の照射を維持するため、第１の温度測定点Ｔ１の温度は、所定範囲内の温度を維持する。
【0070】
適宜の強度の第２のビームＢ２の照射による第２の加工点Ｐ２への入熱により、第２の温度測定点Ｔ２の温度は、溶融温度を超えて上昇する。制御部１６は、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えていないと判断した場合（Ｓ２０６－Ｎｏ）、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度、及び、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度が適正か否か判断する（ステップＳ２０７）。強度が適正でなく、強度調整が必要である場合（ステップＳ２０７－Ｙｅｓ）、制御部１６は、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度、及び、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度を調整する（ステップＳ２０８）。強度が適正で、強度調整が不要である場合（ステップＳ２０７－Ｎｏ）、制御部１６は、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度、及び、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度を維持する。
【0071】
制御部１６は、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えたと判断した（ステップＳ２０６－Ｙｅｓ）ら、貫通孔が形成されたと判断し、ステージ３６によるワーク８の移動を開始する（ステップＳ２０９）。
【0072】
制御部１６は、予め設定された距離ステージ３６が移動し、ステージ３６の移動の終点に到達したか否か判断する（ステップＳ２１０）。ステージ３６の移動の終点に到達していないと判断したとき（ステップＳ２１０－Ｎｏ）、制御部１６は、第１の温度測定点Ｔ１の温度が所定範囲内の温度を維持し、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えているか判断する（ステップＳ２１１）。
【0073】
制御部１６は、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えたと判断した（ステップＳ２１１－Ｙｅｓ）ら、再び、ステップ２１０に戻る。
【0074】
制御部１６は、第２の温度測定点Ｔ２の温度が、溶融温度を超えていないと判断した（ステップＳ２１１－Ｎｏ）ら、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度、及び、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度が、適正か否か判断する（ステップＳ２１２）。強度が適正でなく、強度調整が必要である場合（ステップＳ２１２－Ｙｅｓ）、制御部１６は、第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度、及び、第２の光源１４から射出する第２のビームＢ２の強度を調整する（ステップＳ２１３）。強度が適正で、強度調整が不要である場合（ステップＳ２１２－Ｎｏ）、ステップＳ２１１の判断に戻る。
【0075】
ステップＳ２１３の第１の光源１２から射出する第１のビームＢ１の強度の調整は、第１の温度測定点Ｔ１の温度が所定範囲内を維持するように、射出及び射出停止を繰り返すことを含む。
【0076】
ステージ３６の移動の終点に到達したと判断したとき（ステップＳ２１０－Ｙｅｓ）、制御部１６は、ワーク８に、予め設定した長さ分の貫通孔が形成されたと判断し、第１の光源１２からの第１のビームＢ１の出力、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の出力を停止する（ステップＳ２１４）。
【0077】
このように、制御部１６は、第１の光源１２の第１のビームＢ１を第１の加工点Ｐ１に照射させ、照射を停止させるとともに、第２の光源１４の第２のビームＢ２を第２の加工点Ｐ２に照射を開始させ、第２の温度測定点Ｔ２が溶融温度を超えた時点から、ステージ３６を動作させる。ステージ３６の移動に伴って第１の加工点Ｐ１、第２の加工点Ｐ２が移動する。このとき、制御部１６は、第１の加工点Ｐ１に第１のビームＢ１を照射し続け、又は、照射及び照射停止を繰り返しながら、第１の温度測定点Ｔ１を、溶融温度の近傍まで近づける。
【0078】
制御部１６は、第１のビームＢ１の照射により、第２の加工点Ｐ２が溶融温度に近づけられた状態で、第２の加工点Ｐ２に第２のビームＢ２を照射し続け、直線状の貫通孔を形成する。このとき、制御部１６は、温度モニター部３２，３４で計測した温度測定値に基づいて第２の光源１４からの第２のビームＢ２の照射強度を調整する。
【0079】
第１のビームＢ１と第２のビームＢ２がワーク８を挟んで対向するが、第１のビームＢ１の第１のビームスポット径は第２のビームＢ２の第２のビームスポット径に比べて大きい。このため、ワーク８が移動しながらも、第１の加工点Ｐ１への第１のビームＢ１の照射により、ワーク８の背面８ａとは反対側の表面８ｂの第２の加工点Ｐ２は、溶融温度近くの温度まで昇温させられやすい。
【0080】
制御部１６は、ワーク８に所望の長さの貫通孔が形成される直前に第１の光源１２からの第１のビームＢ１の射出を停止させてもよい。
【0081】
この場合、ワーク８には、例えばステージ３６による走査量の長さ分、第２のビームＢ２の径である０．５ｍｍの幅の直線状の開口が形成される。
【0082】
なお、ワーク８の走査方向が図３の紙面右方向（＋Ｘ方向）から紙面左方向（－Ｘ方向）に切り替わった場合においても、光学加工装置１０は、上記で述べたのと同様に機能する。
【0083】
【0084】
また、第１のビームＢ１の第１のビームスポット径は第２のビームＢ２の第２のビームスポット径に比べて小さくてもよい。その場合、第１のビームＢ１は第２のビームＢ２に比べ、走査方向に対して正方向の側にあるとする。すなわち、第２のビームＢ２の光軸Ｏ２上から、第１のビームＢ１の照射位置がずれていてもよい。この場合、伝熱により、第２の加工点Ｐ２をプレヒートすることになる。
【0085】
本実施形態では、ワーク８が、適宜の熱伝導率を有する金属の板材（例えばアルミニウム合金）であるとする。ワーク８である金属の板材は、適宜の熱伝導率を有し、第１の加工点Ｐ１から適宜の距離Ｄ、離れたとしても、時間差が少なく、第１の温度測定点Ｔ１が昇温を開始する。このため、光学加工装置１０は、光学加工装置１０による加工の際の制御に、温度測定値を用いながら、ワーク８を適切に加工することができる。
【0086】
したがって、光学加工装置１０は、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるスパッタの発生を低減することができる。また、光学加工装置１０は、ワーク８の加工時に、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるドロスの発生を低減することができる。
【0087】
（第２実施形態の変形例）
図７に示すように、光学加工装置１０は、第１の光源１２、第２の光源１４、第１の集光レンズ２４、第１のガルバノノミラー７２、第２の集光レンズ２８、第２のガルバノミラー７４を有する。
図７に示すように、光学加工装置１０は、第１の光源１２、第２の光源１４、第１の集光レンズ２４、第１のガルバノノミラー７２、第２の集光レンズ２８、第２のガルバノミラー７４を有する。
【0088】
第１のガルバノミラー７２は、第１の光源１２と第１の集光レンズ２４との間に配設される。第２のガルバノミラー７４は、第２の光源１４と第２の集光レンズ２８との間に配設される。第１のガルバノミラー７２及び第２のガルバノミラー７４は、図１から図３に示す制御部１６により制御される。このため、第１のビームＢ１は、第１のガルバノミラー７２で走査される。第２のビームＢ２は、第２のガルバノミラー７４で走査される。第１のビームＢ１が照射される第１の加工点Ｐ１（第１の位置）と第２のビームＢ２が照射される第２の加工点（第２の位置）Ｐ２とは、制御部１６により、ワーク８の互いにほぼ反対側の面である位置関係を保ちながら移動するように制御される。
【0089】
この場合、光学加工装置１０は、ワーク８を走査する必要がない。このため、本変形例では、第２実施形態で説明したステージ３６は不要になる。本変形例では、ワーク８を例えばステージ３６を用いて走査する場合に比べて、第１の光源１２からの第１のビームＢ１、及び、第２の光源１４からの第２のビームＢ２を高速で走査することができる。したがって、本変形例の光学加工装置１０は、ワーク８を例えばステージ３６を用いて走査する場合に比べて、高速で加工することができる。
【0090】
本変形例の図７に示す光学加工装置１０では、第１のビームＢ１と第２のビームＢ２に対するガルバノミラー７２，７４を独立に配置する。光学加工装置１０は、１つのガルバノミラー（図示せず）を動作させて、第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２を適宜に走査するようにしてもよい。
【0091】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態に係る光学加工装置１０について、図８を参照して説明する。
以下、第３実施形態に係る光学加工装置１０について、図８を参照して説明する。
【0092】
図８に、第３実施形態の光学加工装置１０の模式的な斜視図を示す。本実施形態の光学加工装置１０は、第１の光源１２と、第２の光源１４と、制御部１６（図１から図３参照）とを備える。光学加工装置１０は、さらに、第１のアシストガス口４２と、第２のアシストガス口４４とを備える。
【0093】
第１のアシストガス口４２は、ワーク８の背面８ａ側に設けられている。第１のアシストガス口４２は、例えばアシストガス吸入部として用いられる。第２のアシストガス口４４は、ワーク８の表面８ｂ側に設けられている。第２のアシストガス口４４は、例えばアシストガス噴出部として用いられる。制御部１６は、第２のアシストガス口４４から噴出するアシストガスＧの噴出タイミング、流量等を制御する。制御部１６は、第１のアシストガス口４２でのガスＧの吸入タイミング、吸入量等を制御する。
【0094】
第２のアシストガス口４４からは、アシストガスＧが噴出され、第２の加工点Ｐ２をアシストガス雰囲気にする。アシストガスＧとして使用するガスは酸素ガスが多いが、窒素ガスも用いることができる。酸素ガスは金属の切断において酸化反応熱を切断に利用できるため、切断速度や加工限界を向上させることができる。アシストガスＧとして酸素ガスを用いる場合、切断面に酸化皮膜を生成するため、酸化皮膜を生成せずに切断するときには、窒素ガスやアルゴンガスなどの他のガスが用いられる。光学加工装置１０は、ワーク８の第２の加工点Ｐ２をアシストガスＧでパージして覆い、第２の加工点Ｐ２の酸化の度合いを調整することにより、ワーク８の加工精度を向上できる。
【0095】
第２のアシストガス口４４である、アシストガスＧを噴射する装置は、第２のビームＢ２の入熱によって溶融した金属を吹き飛ばすために高速ガス流を発生させる装置でよい。第２のアシストガス口４４は、例えば、ガスボンベとガス圧調整器（レギュレーター）で構成される。ワーク８の加工時に溶融金属を吹き飛ばす能力は、アシストガスＧの圧力、第２のアシストガス口（切断用ノズル）４４のサイズや設定に左右される。
【0096】
ワーク８の第２の加工点Ｐ２を切断するカッティング加工を行う場合、第１のアシストガス口４２からアシストガスＧを吸入してもよい。この場合、第２のアシストガス口４４から噴射されたアシストガスＧは第２の加工点Ｐ２を通って第１のアシストガス口４２に向かう。このようなアシストガスＧの流路が形成されることにより、第２の加工点Ｐ２で生じたスパッタやドロス等をアシストガスＧとともに除去できる。
【0097】
ここで、第１のビームＢ１によってワーク８の背面８ａの第１の加工点Ｐ１が昇温されている。このため、ワーク８の切断によって形成されたアシストガスＧの流路は、背面８ａ側での先細りが低減される。これにより、アシストガスＧが第２のアシストガス口４４から第１のアシストガス口４２に流れやすくなる。
【0098】
なお、第１のアシストガス口（アシストガス吸入部）４２と、第２のアシストガス口（アシストガス噴出部）４４は、互いの配置を入れ替えてもよい。あるいは、第１のアシストガス口４２及び第２のアシストガス口４４は、両者ともアシストガス噴出部として形成されていてもよい。
【0099】
（第３実施形態の変形例）
以下、第３実施形態の変形例に係る光学加工装置１０について、図９を参照して説明する。本変形例の光学加工装置１０は、基本的には、第３実施形態の光学加工装置１０と主な構成は同じである。
以下、第３実施形態の変形例に係る光学加工装置１０について、図９を参照して説明する。本変形例の光学加工装置１０は、基本的には、第３実施形態の光学加工装置１０と主な構成は同じである。
【0100】
図９に、第３実施形態の変形例に係る光学加工装置１０の模式図を示す。光学加工装置１０は、第１のビームＢ１の光路上に第１の集光レンズ２４を有する。光学加工装置１０は、第２のビームＢ２の光路上に第２の集光レンズ２８を備える。第１の集光レンズ２４の光軸Ｏ１は、ワーク８の法線Ｎ１に対して傾いている。第２の集光レンズ２８の光軸Ｏ２はワーク８の法線Ｎ２に沿う。
【0101】
第１のアシストガス口４２は、ワーク８の背面８ａ側に設けられている。第１のアシストガス口４２は、例えばアシストガス吸入部として用いられる。第２のアシストガス口４４は、ワーク８の表面８ｂ側に設けられている。第２のアシストガス口４４は、例えばアシストガス噴出部として用いられる。
【0102】
第１のアシストガス口４２は第１のノズル壁面４２ａを備える。第１の光源１２の光軸Ｏ１を、ワーク８の第１の加工点（第１の位置）Ｐ１を含む背面８ａの法線Ｎ１に対して傾ける。
【0103】
第２のアシストガス口４４は第２のノズル壁面４４ａを備える。第２の集光レンズ２８は、第２のアシストガス口４４の第２のノズル壁面４４ａの内側に配設されている。アシストガスＧは、第２の集光レンズ２８と、第２のノズル壁面４４ａとの間を通って、第２の加工点Ｐ２に供給される。このため、第２の光源１４からの第２のビームＢ２の光軸Ｏ２と、第２のアシストガス口４４の中心軸とを、一致させることができる。
【0104】
第１のビームＢ１のスポットは、例えば矩形状で、図９中の紙面垂直方向を長辺とする。第１のアシストガス口４２もそれにしたがって矩形状でよい。ただし、第１のビームＢ１のスポットの形状は、これに限らない。
【0105】
第２のビームＢ２のスポットは、例えば矩形状で、図９中の紙面垂直方向を長辺とする。第２のアシストガス口４４もそれにしたがって矩形状でよい。ただし、第２のビームＢ２のスポットの形状は、これに限らない。
【0106】
第１のビームＢ１の第１の光軸Ｏ１がワーク８の背面８ａに対して傾いている。このため、ワーク８の背面８ａ側の第１のアシストガス口４２と、ワーク８の表面８ｂ側の第２のアシストガス口４４とを、ワーク８を間に配置した状態で、実質的に対向させることができる。これにより、アシストガスＧがワーク８の加工に伴って、表面８ｂ側から背面８ａ側に流れやすくなる。したがって、本変形例の光学加工装置１０を用いることで、ワーク８の加工時に生じるスパッタやドロスを除去しやすくなる。
【0107】
【0108】
本実施形態の光学加工装置１０は、第１の光源１２と、第２の光源１４と、制御部１６（図１から図３参照）とを備える。光学加工装置１０は、さらに、第１の集光部６２と第２の集光部６４を備える。本実施形態はさらに、ワーク８の表面８ｂの第２の加工点Ｐ２から所定距離Ｄ、離れた位置である温度測定点Ｔ２の温度を非接触で測定する温度モニター部（赤外カメラ）３４（図３参照）を備えることが好ましい。
【0109】
【0110】
ここで、本実施形態では、第１のビームＢ１、第２のビームＢ２はレーザー光であるとする。第１の光源１２は固体レーザーの発光面でもよく、ファイバーレーザーの射出端面でもよい。第２の光源１４は固体レーザーの発光面でもよく、ファイバーレーザーの射出端面でもよい。
【0111】
第１の集光部６２は、第１のレンズ６２ａ、第２のレンズ（第１の光学素子）６２ｂ、第３のレンズ（第３の光学素子）６２ｃを備える。第１のレンズ６２ａは、第１の光源１２から射出された第１のビームＢ１の光路上に配置される。第２のレンズ６２ｂは、第１のレンズ６２ａを通した第１のビームＢ１の光路上に配置される。第３のレンズ６２ｃは、第２のレンズ６２ｂを通した第１のビームＢ１の光路上に配置される。
【0112】
第１のレンズ６２ａは、第１の光源１２から射出された光線群を平行光（互いに平行な光線群）に変換する。第１のレンズ６２ａは例えば凸レンズでよい。
【0113】
第２のレンズ６２ｂは、平行光を、１軸方向に発散する発散光とする。すなわち、第２のレンズ６２ｂは、第１の光源１２から射出された第１のビームＢ１の第１の加工点（第１の位置）Ｐ１でのビーム形状を、ワーク８の背面８ａ上の任意の第１の軸方向及び第１の軸方向に直交する第２の軸方向のうち、第１の軸方向の１軸方向に延びる直線状にする。第２のレンズ６２ｂは例えば、パウエル（Ｐｏｗｅｌｌ）レンズを用いる。
【0114】
第３のレンズ６２ｃは、１軸方向に発散する発散光を発散させた状態を維持し、発散光と直交する方向の光を集光する。第３のレンズ６２ｃは、第２のレンズ６２ｂとワーク８との間に設けられ、第２のレンズ６２ｂで発散させた第２の軸方向に発散する第１のビームＢ１を第１の軸方向に集光する。第３のレンズ６２ｃは、例えばシリンドリカルレンズを用いる。
【0115】
以上により、第１の光源１２から射出される第１のビームＢ１は、第１のレンズ６２ａ、第２のレンズ６２ｂ、第３のレンズ６２ｃを順に通ると、ワーク８の背面８ａ上に矩形状のビームスポットを形成する。矩形の短辺が十分に小さい場合、ワーク８の背面８ａ上の第１のビームＢ１のビームスポット形状は直線とみなしてもよい。
【0116】
同様に、第２の集光部６４は、第１のレンズ６４ａ、第２のレンズ（第２の光学素子）６４ｂ、第３のレンズ（第４の光学素子）６４ｃを備える。
【0117】
第１のレンズ６４ａは、第２の光源１４から射出された光線群を平行光（互いに平行な光線群）に変換する。第１のレンズ６４ａは例えば凸レンズでよい。
【0118】
第２のレンズ６４ｂは、平行光を、１軸方向に発散する発散光とする。すなわち、第２のレンズ６４ｂは、第２の光源１４から射出された第２のビームＢ２の第２の加工点（第２の位置）Ｐ２でのビーム形状を、第１の集光部６２で説明した第１の軸方向に平行な第３の軸方向と、第３の軸方向に直交する第４の軸方向とのうち、第３の軸方向の１軸方向に延びる直線状にする。第２のレンズ６４ｂは例えば、パウエル（Ｐｏｗｅｌｌ）レンズを用いる。
【0119】
第３のレンズ６４ｃは、１軸方向に発散する発散光を発散させた状態を維持し、発散光と直交する方向の光を集光する。第３のレンズ６４ｃは、第２のレンズ６４ｂとワーク８との間に設けられ、第２のレンズ６４ｂで発散させた第４の軸方向に発散する第２のビームＢ２を第３の軸方向に集光する。第３のレンズ６４ｃは、例えばシリンドリカルレンズを用いる。
【0120】
以上により、第２の光源１４からの第２のビームＢ２は、第１のレンズ６４ａ、第２のレンズ６４ｂ、第３のレンズ６４ｃを順に通ると、ワーク８の表面８ｂ上に矩形状のビームスポットが形成される。矩形の短辺が十分に小さい場合、第２のビームＢ２のビームスポット形状は直線とみなしてもよい。
【0121】
このようにビームＢ１，Ｂ２スポットが矩形であり、ビームＢ１，Ｂ２の発散光の長辺がワーク８に対して十分に長く、ビームＢ１，Ｂ２がワーク８を挟んで対向する位置に照射される場合、第１の加工点Ｐ１として、略直線状にワーク８を加熱し、第２の加工点Ｐ２として、略直線状にワーク８を加熱する。第１のビームＢ１により、直線状の第２の加工点Ｐ２を溶融温度近傍まで加熱（プレヒート）し、第２のビームＢ２の照射により、直線状の第２の加工点Ｐ２を略直線状に切断することができる。したがって、本実施形態に係る光学加工装置１０は、ワーク８に対して第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２を走査することなく、ワーク８に対し、適宜の長さの加工距離を加工することができる。つまり、本実施形態の光学加工装置１０を用いて切断加工を行う場合、一回あるいは少ない回数のビーム照射で、第１のビームＢ１及び第２のビームＢ２を走査することなくワーク８を切断することができる。
【0122】
光学加工装置１０が温度モニター部（赤外カメラ）３４（図３参照）を備える場合、制御部１６は、温度測定点Ｔ２の温度を監視しながら、第１の光源１２から第１のビームＢ１を射出し、その後、第２の光源１４から第２のビームＢ２を射出してもよい。これにより、光学加工装置１０は、ワーク８の温度を適正な温度に保ちながら切断等の加工を行うことができる。
【0123】
制御部１６は、第１のビームＢ１の照射、第２のビームＢ２の照射を、第１実施形態及び第２実施形態で説明したように行うことができる。この場合、光学加工装置１０は、温度モニター部３４が不要となる。
【0124】
したがって、光学加工装置１０は、ワーク８の加工時に、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるスパッタの発生を低減することができる。また、光学加工装置１０は、ワーク８の加工時に、ワーク８の第２の加工点Ｐ２が溶融することによるドロスの発生を低減することができる。
【0125】
なお、第１の集光部６２の第１のレンズ６２ａは、第１のビームＢ１が第１の光源１２から平行光として射出されるのであれば、不要となる。同様に、第２の集光部６４の第１のレンズ６４ａは、第２のビームＢ２が第２の光源１４から平行光として射出されるのであれば、不要となる。
【0126】
以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、ワーク８の加工時にスパッタの発生を低減可能な光学加工装置１０を提供することができる。
【0127】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、特許出願時の請求項を付記する。
［１］
ワークの第１の位置から前記ワークの反対側の面の第２の位置に、前記ワークの溶融温度よりも低い温度の熱を伝熱させるように、前記第１の位置に第１のビームを照射する、第１の光源と、
前記第２の位置が前記伝熱により昇温した状態で、前記第２の位置に、前記ワークの溶融温度を超えるように第２のビームを照射する第２の光源と
を備える、光学加工装置。
［２］
前記第１の光源からの前記第１のビームの照射、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１の光源からの前記第１の位置での前記第１のビームの照射による、前記第２の位置への前記伝熱に応じて、前記第２の光源から前記第２のビームを照射させる、付記［１］に記載の光学加工装置。
［３］
前記制御部は、前記第１の光源からの前記第１のビームの照射タイミング、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射タイミングを制御し、
前記制御部は、前記ワークの情報に基づいて、前記第１の光源からの前記第１のビームの照射タイミング、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射タイミングを調整する、付記［２］に記載の光学加工装置。
［４］
前記ワークの前記第２の位置から所定距離、離れた位置の表面温度を計測する温度モニター部を備え、
前記制御部は、前記温度モニター部で計測した温度測定値に基づいて前記第２の光源からの前記第２のビームの照射強度を調整する、付記［２］又は付記［３］に記載の光学加工装置。
［５］
前記制御部は、前記第１のビームが照射される前記第１の位置、及び、前記第２のビームが照射される前記第２の位置を、前記第１の位置と前記第２の位置との位置関係を保つように制御する、付記［２］ないし付記［４］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［６］
前記第１のビームの前記第１の位置での第１のビームスポット径を、前記第２のビームの前記第２の位置での第２のビームスポット径に対して大きくする、付記［１］ないし付記［５］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［７］
前記第１のビームの第１の波長は、
前記第２のビームの第２の波長とは異なり、
前記第１の波長は、溶融前の前記ワークに対し、前記第２の波長に対する吸収率に比べ、吸収率が高くなるようにする、
付記［１］ないし付記［６］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［８］
前記第１の光源と前記ワークとの間に設けられ、前記第１の光源から射出された前記第１のビームの前記第１の位置でのビーム形状を、第１の軸方向及び前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向のうち、前記第１の軸方向の１軸方向に延びる直線状に発散させる第１の光学素子を有する、第１の集光部と、
前記第２の光源と前記ワークとの間に設けられ、前記第２の光源から射出された前記第２のビームの前記第２の位置でのビーム形状を、前記第１の軸方向に平行な第３の軸方向と、前記第３の軸方向に直交する第４の軸方向とのうち、前記第３の軸方向の１軸方向に延びる直線状に発散させる第２の光学素子を有する、第２の集光部と
を備える、付記［１］ないし付記［４］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［９］
前記第１の集光部は、前記第１の光学素子と前記ワークとの間に設けられ、前記第１の光学素子で発散させた前記第２の軸方向に発散する前記第１のビームを前記第１の軸方向に集光する第３の光学素子を有し、
前記第２の集光部は、前記第２の光学素子と前記ワークとの間に設けられ、前記第２の光学素子で発散させた前記第４の軸方向に発散する前記第２のビームを前記第３の軸方向に集光する第４の光学素子を有する、付記［８］に記載の光学加工装置。
［１０］
前記ワークの前記第１の位置の側に設けられ、ガスを射出又は吸入する第１のアシストガス口を備え、
前記ワークの前記第２の位置の側に設けられ、前記ガスを射出又は吸入する第２のアシストガス口を備え、
前記第１の光源の光軸を、前記ワークの前記第１の位置を含む面の法線に対して傾け、 前記第１のアシストガス口と、前記第２のアシストガス口とを、前記ワークを間に配置した状態で、対向させる、
付記［１］ないし付記［９］のいずれか１に記載の光学加工装置。
以下、特許出願時の請求項を付記する。
［１］
ワークの第１の位置から前記ワークの反対側の面の第２の位置に、前記ワークの溶融温度よりも低い温度の熱を伝熱させるように、前記第１の位置に第１のビームを照射する、第１の光源と、
前記第２の位置が前記伝熱により昇温した状態で、前記第２の位置に、前記ワークの溶融温度を超えるように第２のビームを照射する第２の光源と
を備える、光学加工装置。
［２］
前記第１の光源からの前記第１のビームの照射、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１の光源からの前記第１の位置での前記第１のビームの照射による、前記第２の位置への前記伝熱に応じて、前記第２の光源から前記第２のビームを照射させる、付記［１］に記載の光学加工装置。
［３］
前記制御部は、前記第１の光源からの前記第１のビームの照射タイミング、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射タイミングを制御し、
前記制御部は、前記ワークの情報に基づいて、前記第１の光源からの前記第１のビームの照射タイミング、及び、前記第２の光源からの前記第２のビームの照射タイミングを調整する、付記［２］に記載の光学加工装置。
［４］
前記ワークの前記第２の位置から所定距離、離れた位置の表面温度を計測する温度モニター部を備え、
前記制御部は、前記温度モニター部で計測した温度測定値に基づいて前記第２の光源からの前記第２のビームの照射強度を調整する、付記［２］又は付記［３］に記載の光学加工装置。
［５］
前記制御部は、前記第１のビームが照射される前記第１の位置、及び、前記第２のビームが照射される前記第２の位置を、前記第１の位置と前記第２の位置との位置関係を保つように制御する、付記［２］ないし付記［４］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［６］
前記第１のビームの前記第１の位置での第１のビームスポット径を、前記第２のビームの前記第２の位置での第２のビームスポット径に対して大きくする、付記［１］ないし付記［５］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［７］
前記第１のビームの第１の波長は、
前記第２のビームの第２の波長とは異なり、
前記第１の波長は、溶融前の前記ワークに対し、前記第２の波長に対する吸収率に比べ、吸収率が高くなるようにする、
付記［１］ないし付記［６］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［８］
前記第１の光源と前記ワークとの間に設けられ、前記第１の光源から射出された前記第１のビームの前記第１の位置でのビーム形状を、第１の軸方向及び前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向のうち、前記第１の軸方向の１軸方向に延びる直線状に発散させる第１の光学素子を有する、第１の集光部と、
前記第２の光源と前記ワークとの間に設けられ、前記第２の光源から射出された前記第２のビームの前記第２の位置でのビーム形状を、前記第１の軸方向に平行な第３の軸方向と、前記第３の軸方向に直交する第４の軸方向とのうち、前記第３の軸方向の１軸方向に延びる直線状に発散させる第２の光学素子を有する、第２の集光部と
を備える、付記［１］ないし付記［４］のいずれか１に記載の光学加工装置。
［９］
前記第１の集光部は、前記第１の光学素子と前記ワークとの間に設けられ、前記第１の光学素子で発散させた前記第２の軸方向に発散する前記第１のビームを前記第１の軸方向に集光する第３の光学素子を有し、
前記第２の集光部は、前記第２の光学素子と前記ワークとの間に設けられ、前記第２の光学素子で発散させた前記第４の軸方向に発散する前記第２のビームを前記第３の軸方向に集光する第４の光学素子を有する、付記［８］に記載の光学加工装置。
［１０］
前記ワークの前記第１の位置の側に設けられ、ガスを射出又は吸入する第１のアシストガス口を備え、
前記ワークの前記第２の位置の側に設けられ、前記ガスを射出又は吸入する第２のアシストガス口を備え、
前記第１の光源の光軸を、前記ワークの前記第１の位置を含む面の法線に対して傾け、 前記第１のアシストガス口と、前記第２のアシストガス口とを、前記ワークを間に配置した状態で、対向させる、
付記［１］ないし付記［９］のいずれか１に記載の光学加工装置。
【符号の説明】
【0128】
８…ワーク、８ａ…背面、８ｂ…表面、１０…光学加工装置、１２…第１の光源、１４…第２の光源、１６…制御部、Ｂ１…第１のビーム、Ｂ２…第２のビーム、Ｎ１，Ｎ２…法線、Ｏ１…第１の光軸、Ｏ２…第２の光軸、Ｐ１…第１の加工点、Ｐ２…第２の加工点、Ｔ１…第１の温度測定点、Ｔ２…第２の温度測定点。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
